Inverzní monitorování zátěžného stavu pomocí měření deformace struktur

Inverse Monitoring of Loading State with Output Measurements

článek v časopise - ostatní, Jost

en

In many industrial cases it is difficult or very often even impossible to measure directly loading forces acting on the structure. In this kind of situations one possibility is to apply inverse monitoring principle. This means computation methods for determining forces from the output that the forces generate. This paper presents an application of the use of inverse computation method applied for determining the magnitude and location of loading forces on a structure. For the inverse computation presented method utilizes an influence coefficient approach. In this principle an influence coefficient matrix (ICM) that describes the relation between external loading forces and measured strains in the structure is used (Doyle). The elements of the matrix are in this case obtained from finite element (FE) model of the structure. One problem in the use of the inverse method is that it is very often ill-posed. In practice this means that small errors in strain measurement results can cause large errors in force computation and also difficulties in matrix computation which is used in the method. The method is applied on a loaded cantilever beam that is rigidly connected with a welded structure. Validation of presented method is conducted by comparing its results with measured values of an experiment. The effect of error in the measured data on the accuracy of the inverse calculation is a crucial problem and it is discussed as well. The method shows promising results and proves that it is robust enough for industrial application.

V mnoha průmyslových případech je obtížné nebo velmi často i nemožné přímo měřit zatěžující síly, působící na konstrukci. V této situaci je možné použít princip inverzního monitorování, což znamená užití výpočtové metody pro určení síly z výstupních dat, například přetvoření, jež síly vytvářejí. Tento článek popisuje užití inverzních metod výpočtu pro stanovení velikosti a působiště zatěžujících sil na testovanou konstrukci. Pro inverzní výpočet je zde užita metoda koeficientů vlivu. Základním prvkem tohoto principu matice koeficientů vlivu, která popisuje vztah mezi vnějším zatížením a měřeným napětím na struktuře. Jednotlivé členy matice jsou v tomto případě získýny pomocí metody konečných prvků. Jedním z problémů při použití inverzní metody je, že malá chyba ve výsledcích měření přetvoření může způsobit velkou chybu při výpočtu sil a také problémy při výpočtu matice, užité v této metodě. Metoda je aplikována na vetknutý nosník, pevně spojen se svařovanou konstrukcí. Validace předložené metody se provádí porovnáním vypočtených výsledků s naměřenými hodnotami experimentu. Vliv chyby v naměřených datech a přesnost inverzního výpočtu je zásadní problém, který je zde také diskutován. Metoda ukazuje slibné výsledky, a dokazuje, že je dostatečně vhodná pro průmyslové použití.

In many industrial cases it is difficult or very often even impossible to measure directly loading forces acting on the structure. In this kind of situations one possibility is to apply inverse monitoring principle. This means computation methods for determining forces from the output that the forces generate. This paper presents an application of the use of inverse computation method applied for determining the magnitude and location of loading forces on a structure. For the inverse computation presented method utilizes an influence coefficient approach. In this principle an influence coefficient matrix (ICM) that describes the relation between external loading forces and measured strains in the structure is used (Doyle). The elements of the matrix are in this case obtained from finite element (FE) model of the structure. One problem in the use of the inverse method is that it is very often ill-posed. In practice this means that small errors in strain measurement results can cause large errors in force computation and also difficulties in matrix computation which is used in the method. The method is applied on a loaded cantilever beam that is rigidly connected with a welded structure. Validation of presented method is conducted by comparing its results with measured values of an experiment. The effect of error in the measured data on the accuracy of the inverse calculation is a crucial problem and it is discussed as well. The method shows promising results and proves that it is robust enough for industrial application.

Inverzní metody, metoda koeficientů vlivu, měření přetvoření

Inverse method, Influence coefficient method, strain measurement

2013

11.06.2013

Birmingham

1363-7681

16

2

54–59

243